Бортовые сети - Airborne Networking

An Бортовая сеть (AN) - это инфраструктура, принадлежащая ВВС США который предоставляет услуги передачи данных через хотя бы один узел, который находится на платформе, способной к полету.

Задний план

Определение

Намерение ВВС США бортовая сеть России должна расширить Глобальная информационная сеть (GIG), чтобы соединить три основных области ведения войны: воздушный, космический и наземный. В Трансформационная система спутниковой связи сеть в настоящее время обеспечивает связь для всех коммуникаций через космические средства. Система передачи боевой информации и развертываемая связь на театре военных действий обеспечивают наземную связь для операций на театре военных действий. Бортовая сеть спроектирована так, чтобы использовать все бортовые средства для связи с космическими и наземными сетями, создавая единую платформу связи во всех областях.

Возможности

Возможности, определяемые системой этого типа, намного превосходят возможности наших нынешних вооруженных сил. Эта система позволит ВВС создать мобильную сеть, достаточно гибкую для связи с любыми воздушными, космическими или наземными объектами в этом районе. Сеть предоставит Поле зрения (LoS) коммуникационная инфраструктура, которая может быть упакована и перемещена в обозначенное пространство боевых действий и из него, что позволяет военным иметь надежную и безопасную сеть связи, которая распространяется по всему миру. Сеть разработана так, чтобы быть достаточно гибкой, чтобы предоставлять правильные коммуникационные и сетевые пакеты для конкретного региона, миссии или технологии.

С функциональной точки зрения сеть AN предназначена для самообразования, самоорганизации и самогенерирования, при этом узлы присоединяются к сети и покидают ее при входе и выходе из определенного региона. Сеть состоит из выделенных тактических каналов, широкополосных каналов воздух-воздух и специальных сетей, построенных Совместная тактическая радиосистема (JTRS) сетевые сервисы. JTRS - это программно-определяемое радио это будет работать со многими существующими военными и гражданскими радиостанциями. Он включает встроенное шифрование и программное обеспечение широкополосной сети для создания мобильные специальные сети. Он также обеспечивает автоматический анализ производительности системы и диагностику неисправностей, снижая потребность в вмешательстве человека и обслуживании сети.

Предполагаемое использование

AN был разработан как краеугольный камень новой военной доктрины, известной как Сетецентрическая война. Эта доктрина была разработана, чтобы использовать информационное превосходство, чтобы вооружить бойцов более точной информацией, позволяющей командирам и стрелкам быстрее принимать более разумные решения. AN вносит свой вклад в сетецентрическую войну, позволяя командирам предоставлять информацию в реальном времени истребителям в воздухе и на земле. Тогда бойцы смогут использовать больше информации и принимать более обоснованные решения о том, как действовать в конкретной ситуации. После того, как действие будет выполнено, командиры будут немедленно получать информацию о результате и смогут принять решение о том, как продолжить. В целом AN была разработана для сокращения времени, необходимого для определения цели, принятия четких и обоснованных решений, нажимать или не нажимать на спусковой крючок, и для оценки боя.

Топологии

Есть четыре основных сетевые топологии которые будут развернуты и будут варьироваться в зависимости от размещения магистральных сетей и сетей класса подсети.

Космос, воздух, наземный трос

Установление прямого соединения с другим самолетом или наземным узлом через точка-точка ссылку для узлов в LOS или через Спутниковая связь (SATCOM) ссылка для узлов, которые за пределами прямой видимости называется модемом. Каналы SATCOM обеспечивают подключение к наземной точке входа в сеть. Ударные самолеты, сопровождающие C2 самолет, такой как АВАКС связаны с помощью двухточечных соединений. Наконец, C2 или разведка, наблюдение и разведка (ISR) воздушное судно может подключаться через канал LOS напрямую к наземной точке входа в сеть. Каждая из этих привязанных альтернатив работает точно так же, как концентратор или коммутатор, имеющий точку входа в большую сеть и позволяющий подключенным пользователям доступ к этой сети.

Flat Ad Hoc

Плоская специальная топология относится к установлению непостоянных сетевых соединений по мере необходимости между узлами AN, которые присутствуют в данный момент. В этой сети узлы динамически «обнаруживают» другие узлы, с которыми они могут соединяться и формировать сеть. Конкретные взаимосвязи между узлами не планируются заранее, но выполняются по мере появления возможностей. Узлы присоединяются к сети и покидают ее по желанию, постоянно меняя соединения с соседними узлами в зависимости от их местоположения и характеристик мобильности.

Многоуровневый Ad Hoc

Одноранговые сети могут быть плоскими в том смысле, что все узлы являются одноранговыми узлами друг друга в одной сети, как обсуждалось выше, или они могут динамически организовываться в иерархические уровни, так что более высокие уровни используются для перемещения данных между более локализованными подсетями. Эту топологию сети можно сравнить с любой стандартной развернутой сетью, в которой для временного подключения пользователей используются маршрутизаторы, коммутаторы и концентраторы.

Постоянная магистраль

Сетевая топология, характеризующаяся устойчивой магистралью, устанавливается с использованием относительно постоянных широкополосных соединений между дорогостоящими платформами, летающими по относительно стабильным орбитам. Он обеспечивает связь между тактическими подсетями, которые считаются граничными сетями по отношению к магистрали. Это обеспечивает точки концентрации для подключения к космической магистрали, а также к наземным сетям. Этот тип сетевой топологии сравним с обычной постоянной сетью с установленными магистралями данных, маршрутизаторами, коммутаторами и концентраторами для подключения пользователей.

Архитектура

Сетевое управление

Система управления платформой позволяет операторам управлять всеми элементами бортовой сети. Он взаимодействует с системой управления бортовой сетью и взаимодействует с ней, что позволяет операторам управлять удаленными сетевыми элементами в бортовой сети. Система управления сетью следит за состоянием сети, пассивно тестируя сеть на наличие сбоев и задержек. Система также будет активно устранять неисправности с помощью зондов для выявления и изоляции неисправных соединений и позволяет операторам применять сетевые параметры и изменения безопасности ко всем системам в зависимости от состояния сети.

Маршрутизация / коммутация

Маршрутизация и коммутация позволяют динамически передавать данные по сети на другие узлы. Протоколы маршрутизации должны иметь возможность идентифицировать узлы, передаваемые в пределах их собственной платформы, и данные, которые должны быть отправлены на другие платформы, независимо от текущей топологии. Протокол маршрутизации также должен обеспечивать плавный роуминг, гарантируя, что никакие маршрутизируемые пакеты не будут потеряны, когда узел меняет свою точку подключения к сети. При маршрутизации важно поддерживать масштабируемость, поскольку сеть постоянно меняется. Сеть должна иметь возможность работать с различными уровнями платформ, различным количеством быстро движущихся платформ и различным объемом трафика для каждой платформы. Маршрутизаторы и коммутаторы будут использовать метрики для определения наилучшего пути при маршрутизации данных. Протокол маршрутизации, используемый для AN, будет Адаптивное качество обслуживания протокол маршрутизации.

Шлюзы / Прокси

Шлюзы и прокси-серверы позволяют подключать различные типы технологий независимо от возраста для связи через IP на базе сети. Шлюзы и прокси-серверы необходимы для работы этой сети, потому что для связи в каждом домене используется очень много различных технологий. Эти системы будут способствовать переходу существующей бортовой инфраструктуры, систем передачи, тактический канал передачи данных систем и пользовательских приложений к целевым системам бортовых сетей. Следовательно, они носят временный характер, пока все платформы не используют для передачи стандартизированное IP-радио.

Прокси-серверы для повышения производительности

Прокси-серверы для повышения производительности повысить производительность пользовательских приложений, работающих в бортовой сети, за счет противодействия нарушениям беспроводной сети, таким как ограниченная полоса пропускания, длительные задержки, высокий уровень потерь и сбои в сетевых подключениях. Прокси-системы реализуются между пользовательским приложением и сетью и могут использоваться для повышения производительности на прикладном и транспортном функциональных уровнях модели OSI. Некоторые методы, которые можно использовать, включают:

  • Сжатие: Сжатие данных или сжатие заголовка может использоваться для минимизации количества битов, отправляемых по сети.
  • Объединение данных: Меньшие пакеты данных можно объединить (связать) в один большой пакет для передачи по сети.
  • Кеширование: Локальный кеш может использоваться для сохранения и предоставления объектов данных, которые запрашиваются несколько раз, что сокращает передачу по сети (и улучшает время ответа).
  • Хранить и пересылать: Очередь сообщений может использоваться для обеспечения доставки сообщений пользователям, которые отключаются от сети или не могут подключиться к сети в течение определенного периода времени. После подключения платформы сохраненные сообщения отправляются.
  • Конвейерная обработка: Вместо открытия нескольких отдельных сетевых подключений конвейерная обработка может использоваться для совместного использования одного сетевого подключения для множественной передачи данных.
  • Оптимизация протокола: количество передач для установки и отключения соединений и подтверждения получения данных может быть минимизировано за счет комбинации кэширования, спуфинг, и дозирование.
  • Перевод: Может быть выполнено преобразование для замены определенных протоколов или форматов данных более эффективными версиями, разработанными для беспроводных сред.
  • Встроенный благодарности: Подтверждения могут быть встроены в заголовок более крупных пакетов с информацией, чтобы уменьшить количество пакетов, проходящих по сети.

Категории платформ

Для классификации конкретного бортового средства связи или класса коммуникационного оборудования все воздушные суда делятся на три основные категории. Эти категории определяются типами задач, которые обычно выполняет самолет. Самолеты также попадают в каждую категорию в зависимости от типа оборудования, которым они могут оборудовать планер. В каждом из следующих разделов описаны эти три основные категории.

Платформы истребителей

Профиль полета бортовой платформы истребителя включает периоды стабильной схемы полета и динамических маневров на высоких скоростях. Его относительно небольшой размер ограничивает пространство, доступное для установки антенн и оборудования. Он будет использоваться как часть пакета забастовки или боевой воздушный патруль (КЕПКА). Ударный пакет или CAP будет иметь поддерживающую бортовую платформу (и) C2 и ISR, платформу (и) для заправки (дозаправки) и наземную (ые) платформу (и) C2. Каждая платформа бортового истребителя требует подключения ко всем остальным ударным пакетам или CAP и поддерживающим платформам; тем не менее, большая часть информации будет передаваться между самолетами-истребителями. Это в значительной степени обусловлено необходимостью частой ситуационной осведомленности и обновлений целевой сортировки в высокомобильной среде. Пилотам будут предоставлены такие услуги, как данные в реальном времени, цифровой голос и интерактивный обмен данными.

Платформы бортовых истребителей будут участвовать как в привязанных, так и в плоских специальных сетевых топологиях. Привязанная топология будет в основном использоваться для обратного доступа и пересылки между платформой бортового истребителя и поддерживающими элементами. Между бортовыми платформами истребителей в ударном пакете или CAP будет использоваться плоская специальная топология для более частого обмена информацией. На рисунке показаны минимальные требования к оборудованию для поддержки платформы истребителя.

Платформы C4ISR

А C4ISR Профиль полета платформы включает периоды полета по маршруту и ​​повторяющиеся стабильные схемы полета. Относительно большой размер обеспечивает пространство для установки антенн и установки значительного оборудования связи для выполнения различных функций экипажа. В нем разместятся до трех десятков членов экипажа, включая оператора связи. Приложения и датчики платформы C4ISR будут поддерживать множество возможностей и типов задач. Продолжительность полета для любого самолета и экипажа может составлять до 12 часов; при дозаправке в воздухе он может быть увеличен до 24 часов. Эти платформы часто работают за пределами прямой видимости наземной инфраструктуры и могут использоваться как автономные, так и как часть ударного пакета или CAP в поддержку ударного пакета. Самолеты C4ISR требуют широкого диапазона возможностей подключения для однорангового соединения с другими самолетами C4ISR или служат в качестве концентратора для соединения самолетов-истребителей. Услуги, предоставляемые самолетом C4ISR, включают: данные в реальном времени, голос, видео, массовая передача данных и интерактивные данные.

Платформы C4ISR будут участвовать как в привязанных, так и в многоуровневых специальных сетевых топологиях. Привязанная топология будет в основном использоваться для обратной связи и пересылки между платформой C4ISR, системой управления воздушным движением наземного театра и ударным пакетом или самолетом CAP. Между платформой C4ISR и бортовыми платформами истребителей в ударном пакете или CAP будет использоваться многоуровневая специальная топология. На рисунке показаны минимальные требования к оборудованию для реализации операций платформы C4ISR.

Релейные платформы бортовой связи

Профиль полета бортовой платформы ретрансляции связи включает периоды полета по маршруту и ​​повторяющиеся стабильные схемы полета. Относительно большой размер широкофюзеляжных аппаратов теоретически дает место для установки антенн и установки значительного оборудования связи. Беспилотные летательные аппараты обладают большой продолжительностью работы и большой высотой, что обеспечивает широкую зону действия в воздухе и на поверхности и обеспечивает хорошие оптические пути до спутников. Задача бортовой платформы ретрансляции заключается в том, чтобы использоваться как часть и / или поддерживать группировку C4ISR и / или ударный пакет (ы) или CAP. Платформа ретрансляции связи обеспечивает связь между элементами ударного пакета, самолетами CAP, платформами C4ISR и платформами системы управления воздушным движением наземного театра, которые требуют расширения дальности или межсетевого взаимодействия и функций шлюза между сетями для информационного взаимодействия. Услуги, необходимые для платформ ретрансляции связи, включают передачу данных в реальном времени, голос, видео, массовые данные и интерактивную передачу данных.

Платформы бортовой ретрансляции связи будут участвовать как в привязанных, так и в многоуровневых специальных сетевых топологиях. Привязанная топология будет в основном использоваться для обратной связи и пересылки между платформой C4ISR, системой управления воздушным движением наземного театра и ударным пакетом или самолетом CAP. Между платформой C4ISR и бортовыми платформами истребителей в ударном пакете или CAP будет использоваться многоуровневая специальная топология. На рисунке показаны минимальные требования к оборудованию для реализации операций платформы ретрансляции связи.

Вызовы

Текущие ограничения технологий

Перед тем, как AN будет существовать, как описано в этом документе, предстоит еще много проблем. Многие из проблем в настоящее время связаны с авионикой системы Legacy, установленной на всех самолетах. Самым большим препятствием является отсутствие пропускной способности. До тех пор, пока в авиационные системы не будет интегрировано больше оптики, эта система будет отставать в скорости передачи данных и задержках. Одна из исследуемых технологий для решения этой проблемы - это исследования ВМФ в области высокоинтегрированных фотоника для управления связью бортового сенсорного комплекса. Техника пропускает радиочастоты волоконная оптика и в настоящее время интегрируется в EA-6B Prowler реактивный самолет радиоэлектронной борьбы.

Безопасность этой сети - еще одно серьезное препятствие. Цель состоит в том, чтобы снизить вероятность глушения и перехвата системы. Многие идеи о том, как защитить систему, исследуются и тестируются. Используются традиционные методы аутентификации и авторизации, в том числе: биометрия, криптографические токены и интегрированные Инфраструктура открытых ключей.

Коммерческая готовая продукция

Коммерческая готовая продукция (COTS) создает экстремальные инженерные задачи. Хотя он предлагает гибкость в применении и экономит деньги при производстве, его невероятно сложно адаптировать к различным приложениям. Устанавливать COTS в приложениях, для которых он не был разработан, по-прежнему остается сложной инженерной задачей, поскольку военные исследователи работают над интеграцией гражданских радиостанций L-3 и FPGA техники в самолеты-разведчики, разработанные в 60-х гг.

Пропускная способность

Пропускная способность для поддержки AN ВВС в настоящее время не существует. Только время покажет, пока устаревшая технология не освободит достаточную пропускную способность. Это создает проблему создания лучших способов сжатия данных и разработки более эффективных способов использования доступной в настоящее время полосы пропускания. Одним из промежуточных решений, разработанных Northrop Grumman, является IP-адрес для доступа к существующим радиостанциям (DRIER). DRIER позволяет бортовым или наземным тактическим пользователям выбирать и загружать критически важные данные непосредственно с платформы Joint STARS, используя существующую узкополосную линию прямой видимости или за пределами прямой видимости. УВЧ каналы связи. Пользователи также могут служить в качестве ретранслятора, предоставляя важную информацию о переключении между воздушным судном, входящим в орбиты миссии и выходящим с нее.

использованная литература

Архитектура бортовой сети HQ ESC / NII для специальной группы по интересам воздушно-десантной сети ВВС США Архитектура АН, 2004

Бортовые сети Kenneth Stranc Mitre Corporation [1], 2004

Проблемы с бортовыми сетями Бен Эймс, журнал военной и аэрокосмической электроники Проблемы с бортовыми сетями, 2004